CN112361859B - 一种瓦斯发电余热管散热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种瓦斯发电余热管散热回收装置，属于瓦斯发电设备技术领域，包括：罐体，罐体内装满了熔盐，罐体的内部包括依次连通并形成循环的低温熔盐区、加热区、高温熔盐区和换热区，能够将高温废气降温后排出并将高温能量回收，也设置有醇胺溶液回收二氧化碳的装置。罐体采用封闭单罐式分层结构，将中间浮动的大隔板分为多个小隔板进行高温和低温熔盐区的空间交换，巧妙使用杠杆的联动原理，实现了多个小隔板只能有一个小隔板处于解除锁定的活动状态，能够使熔盐泵运作时永远只推动一个小隔板，使大型熔盐罐体内靠熔盐泵推动隔板具有可行性，避免对熔盐泵造成损坏，延长熔盐泵使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯发电设备技术领域，具体而言，涉及一种瓦斯发电余热管散热回收装置。
背景技术
煤层气在煤矿称为煤矿瓦斯，根据新的资源评价结果，我国陆上煤层气资源量36.8万亿立方米，与陆上常规天然气资源量(38万亿立方米)相当，仅次于俄罗斯和加拿大。煤层气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中的浓度达到5％－16％时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气不加以利用，直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍。煤矿瓦斯发电，既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件，又有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。
但是现有瓦斯发电设备在尾气处理上存在问题：瓦斯燃烧发电后会排出大量的二氧化碳和热蒸汽，温度在500℃～600℃，如此高温对环境、设备、操作人员都有一定影响。现有瓦斯发电机组余热处理方式为直接通冷水，废气在降温达到安全温度后排出，热交换加热后的水也未做其他用途的利用，热能资源也未利用，造成浪费。现有有瓦斯发电余热处理技术相关专利大部分依然采用通水吸热降温的方式，其热转换效率低并且不易储存能量，不能很好解决用户供暖供热高峰期能量紧缺问题。在太阳能发电领域，熔盐常作为换热介质，其特点是可以存储高温能量。在现有熔盐换热设备技术中，多采用双罐，热熔盐罐和冷熔盐罐之间吸热和放热达到高效的热交换效果。但是双罐存在明显的成本较高、传输过程中热量易流失和所占空间大等问题，所以现有专利技术中出现了多种单罐式的发明，例如专利号为CN201610168132.4的发明，但这些发明中热熔盐和冷熔盐都没有使其完全隔开的隔板，在运行流动过程中存在冷热熔盐在罐体内自行热交换问题，不具备实用性。可以采用能随冷热熔盐交换而移动的浮动隔热隔板，但此类熔盐罐体为达到大量集中减少散热，一般达3米高以上，最高也有8米规格，所需中间的浮动隔板则可能几吨几十吨重，要靠熔盐泵推动中间一块很重的大隔板移动，难以实现，强行靠压强挤压推动也会损坏熔盐泵。
发明内容
除了上述背景技术提到散热熔盐罐的主要问题外，瓦斯燃烧会产生大量的二氧化碳温室气体，直接排放不利于环保。而二氧化碳在工业上本身也具有很高的利用价值，直接排放掉也是资源浪费。工业上常用醇胺溶液法吸收二氧化碳，适宜从常压和低二氧化碳含量的烟道气中回收二氧化碳，但其缺点是吸收温度(25℃-65℃)和再生温度(100℃-150℃)温差大能耗高。而在本发明中，熔盐的凝固温度为144℃,从低温熔盐罐外排出的废气依然有至少200℃以上，直接排放并不合适，而醇胺溶液吸收二氧化碳正需要大量能耗将溶液加热，所以本发明将巧妙地利用醇胺溶液将经熔盐罐后的废气再次降温并且吸收和回收二氧化碳。
本发明的目的在于提供一种瓦斯发电余热管散热回收装置，其在满足解决首要技术问题散热回收和二氧化碳吸收情况下，再采用合理紧凑的单罐式熔盐换热结构，以解决现有技术问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种瓦斯发电余热管散热回收装置，包括：罐体，所述罐体内装满了熔盐，所述罐体的内部包括依次连通并形成循环的低温熔盐区、加热区、高温熔盐区和换热区，所述加热区的一端上有废气入口另一端上有废气出口，所述高温熔盐区和低温熔盐区之间设有若干层横向固定隔板，所述横向固定隔板之间设有竖向活动隔板，所述横向固定隔板的两端设有挡块，所述竖向活动隔板的活动范围在横向固定隔板上的挡块之间，所述竖向活动隔板之间设有锁扣装置，所述锁扣装置能够锁住竖向活动隔板停滞在横向固定板的端部，并且只能有一个竖向活动隔板处于解除锁定的活动状态。
所述锁扣装置为杠杆，所述杠杆设置在横向固定隔板内，所述杠杆中心为固定铰接点，所述杠杆的两端分别设有楔形块，所述楔形块在朝杠杆中心的一侧面为斜面，所述竖向活动隔板抵靠到斜面时能推动杠杆旋转，所述横向固定隔板内设置有弹簧用以推靠杠杆，能够使杠杆两端的楔形块凸出到横向固定隔板外，所述楔形块的凸出口位置到挡块的距离大于竖向活动隔板的厚度。
所述低温熔盐区到加热区的通道上设置有第一熔盐泵，所述高温熔盐区到换热区的通道上设置有第二熔盐泵。
所述废气出口连接到二氧化碳吸收装置，所述二氧化碳吸收装置包括：废气进口通道、吸收池、再生池和醇胺溶液进口通道，所述废气进口通道的出口通入到吸收池中的醇胺溶液液面下，所述废气进口通道的出口分成若干管口，所述废气进口通道先经过再生池再与醇胺溶液进口通道的管壁贴合，所述再生池上有二氧化碳回收口。
所述加热区内在第一熔盐泵后的熔盐输送管路分为若干蛇形输送层，所述蛇形输送层的层数至少为3层，所述蛇形输送层之间有间隔空间，所述间隔空间连通废气入口，所述间隔空间内沿蛇形输送层的蛇形轮廓设有蛇形隔风板，形成了蛇形过风通道，所述蛇形输送层的外壁上设有翅片层，所述翅片层上设置若干横截斜片，所述横截斜片与进风方向垂直并且朝进风方向倾斜。
所述罐体上设有管壁保温层，所述横向固定隔板和竖向活动隔板为隔热板。
所述低温熔盐区的罐体壁外先设有一层废气保温层，所述加热区的废气出口先连通到废气保温层，所述废气保温层也具有翅片层和蛇形过风通道。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明能够将500℃～600℃的高温废气降温至适宜的温度后排出并将高温能量回收，同时也回收废气中的二氧化碳。
2、在瓦斯发电废气回收领域率先采用熔盐作为热交换物质，能有效回收储存高温能量，使高温废气回收利用成为可能，并且设计采用了紧凑的有浮动隔板的封闭单罐式熔盐罐结构，使熔盐能充满罐体，避免双罐存在的有气体掺入熔盐会变质和热量流出等问题，在结构上单罐式也节省空间，节约隔热材料。
3、熔盐单罐罐体内采用分层结构，将中间浮动的大隔板分为多个小隔板移动进行高温和低温熔盐区的空间交换，使大型熔盐罐体内靠熔盐泵推动隔板具有可行性，避免对熔盐泵造成损坏，延长熔盐泵使用寿命，并且小隔板相比于大隔板安装和拆换都更方便，重量更轻有效减少磨损，延长使用寿命。
4、巧妙使用杠杆的联动原理，不使用任何检测器，实现了多个竖向活动板只能有一个竖向活动板处于解除锁定的活动状态，能够使熔盐泵运作时永远只推动一个隔板。
5、将加热区设置为若干蛇形输送层并增加翅片层和横截斜片，有效提高了废气气体和熔盐之间的换热效率。
6、流出加热区的废气通入到低温熔盐区管壁外，对低温熔盐进行有效保温，在装置运行过程中避免低温熔盐凝固，减少电加热器的使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为蛇形输送层俯视结构示意图；
图3为二氧化碳吸收装置放大结构示意图；
图标：1-罐体，2-低温熔盐区，3-加热区，4-高温熔盐区，5-换热区，6-废气入口，7-废气出口，8-第一熔盐泵，9-第二熔盐泵，10-横向固定隔板，11-竖向活动隔板，12-挡块，13-杠杆，14-楔形块，15-弹簧，16-蛇形输送层，17-蛇形过风通道，18-翅片层，19-横截斜片，20-管壁保温层，21-废气保温层，22-二氧化碳吸收装置，2201-废气进口通道，2202-吸收池，2203-再生池，2204-醇胺溶液进口通道，2205-二氧化碳回收口，2206-废气最后排放通道
具体实施方式
参照图1,一种瓦斯发电余热管散热回收装置，包括：罐体1，罐体1内装满了熔盐，罐体1的内部包括依次连通并形成循环的低温熔盐区2、加热区3、高温熔盐区4和换热区5，加热区3的一端上有废气入口6另一端上有废气出口7，低温熔盐区2到加热区3的通道上设置有第一熔盐泵8，高温熔盐区4到换热区5的通道上设置有第二熔盐泵9。熔盐加热时第一熔盐泵8将低温熔盐区2的熔盐抽到加热区3进行热交换加热然后熔盐流入到高温熔盐区4，进行高温能量存储。在用户层需要使用热源时再打开第二熔盐泵9，将高温熔盐区4的熔盐压入到用户层的换热区5后再流入到低温熔盐区2，期间都伴随着罐体1内低温熔盐区2和高温熔盐区4的熔盐存储空间交换。在罐体1内区域结构布局上，为方便理解，本发明的绘图说明将加热区3设置到低温熔盐区2和高温熔盐区4上方，换热区5设置在下方。由于加热区3的出口与高温熔盐区4相通而没有设置间隔，也是能够将加热区3设置在高温熔盐区4的一边，同理换热区5出口与低温熔盐区2相通，换热区5也可以设置在低温熔盐区2的一边，使其更容易理解为一体的单罐式。另外需要说明的是，本发明不限制换热区5热源的使用方式，熔盐的高温热源可以有多种用处比如给居民生活区供暖供热水甚至也可以用来再次发电。水的储能温度上限不超过100°，而熔盐可以加热到几百度储能，其使用范围广换出热量时效率也更高，在高温余热回收利用方面，熔盐无疑是最佳的换热介质的选择。
高温熔盐区4和低温熔盐区2在同一个罐体1中的两边位置，也可以是罐体1内上下位置分布，为方便理解这里采用左右两边布置的位置，由于中间有移动的隔板，本罐体1采用方形罐体1结构。高温和低温熔盐由中间压强变化而左右浮动的隔板隔开，在这类大型罐体1中隔板体积大重量大，单靠熔盐泵泵送压力推动难以实现，若额外增加电机进行推动也需要较高的移动精度，难以实际运行，所以本发明将一整块大的隔板分为若干小隔板进行推动，减小隔板推动所需压强，使熔盐泵推动隔板具有可实施性，避免对熔盐泵造成损坏，并且小隔板相比于大隔板安装和拆换都更方便，重量更轻有效减少磨损。隔板设置的方式为：首先设有若干层横向固定隔板10，横向固定隔板10固定在罐壁上，每层横向固定隔板10之间是竖向活动隔板11，也包括横向固定隔板10与管体上下内壁之间也有竖向活动隔板11，竖向活动隔板11就是一块块可浮动的小板，横向固定隔板10设置的层数和层之间的距离可根据实际推动竖向活动隔板11所需最小压强和熔盐泵可承受的安全压力计算和实验得出，最少为3层，到达同时满足条件即可，横向固定隔板10层数过多会造成材料成本增加。横向固定隔板10的两端设有挡块12，挡块12设置在横向固定隔板10端部的上下表面，挡住竖向活动隔板11，使竖向活动隔板11的活动范围在横向固定隔板10上的左右两挡块12之间。竖向活动隔板11之间设有锁扣装置，锁扣装置能够锁住竖向活动隔板11停滞在横向固定板的端部，并且只能有一个竖向活动隔板11处于解除锁定的活动状态。所需要达到的效果是，当一个竖向活动隔板11被压强大的一边熔盐推动时，其余竖向活动隔板11都处于锁定状态不能推动，当被推动的竖向活动隔板11被推到横向固定板的端部靠住挡块12不能再动时，则相邻下一个竖向活动隔板11解除锁定开始从锁定的一端移向另一端，这样依次挨个一层一层移动，并且也能反过来移动。
一种优选实施例的，锁扣装置为杠杆13，杠杆13设置在横向固定隔板10内，杠杆13中心为固定铰接点，杠杆13的两端分别设有楔形块14，楔形块14在朝杠杆13中心的一侧面为斜面,竖向活动隔板11抵靠到斜面时能推动杠杆13旋转，而相对的另一侧面则是没有斜面的直面，直面则用以锁定抵靠住竖向活动隔板11，横向固定隔板10内设置有弹簧15用以推靠杠杆13，能够使杠杆13两端的楔形块14凸出到横向固定隔板10外，楔形块14的凸出口位置到挡块12的距离大于竖向活动隔板11的厚度，使被锁住的竖向活动隔板11挡在楔形块14和挡块12之间。其运作过程为：如图，当高温熔盐流向热交换区后进入低温熔盐区2，低温溶盐区由熔盐泵的泵送力，压强增大，竖向活动隔板11都有朝左边移动趋势，但只有最低层的竖向活动隔板11能移动，其余竖向活动隔板11都被楔形块14的直面卡住，最低层的竖向活动隔板11向左移动到横向固定板的左端时，触动到楔形块14斜面一侧从而推动杠杆13左端的楔形块14，楔形块14向上移动使杠杆13旋转从而使杠杆13右端的楔形块14下移，进而解除右端楔形块14对上一个竖向活动隔板11的抵靠锁定，接着上一个竖向活动隔板11开始朝左移动。这样竖向活动隔板11依次朝左推动，实现高温熔盐区4和低温熔盐区2的空间交换。并且杠杆13上还有弹簧15，下方的竖向活动隔板11在推靠完楔形块14后楔形块14在弹簧15作用下会下移，进而又锁定竖向活动隔板11不能向右移动。当熔盐从低温熔盐区2到加热区3流到高温熔盐区4，也是同样原理的运作过程。并且本装置加热和换热过程可以同时进行。
易容易理解的，想要气体给液体熔盐加热是存在技术困难的，存在换热效率不高所需换热时间长的问题，所以本发明必须做必要的增加气液换热效率的设计，加热区3内在第一熔盐泵8后的熔盐输送管路分为若干蛇形输送层16，蛇形输送层16的俯视结构图如图2所示，也像堆砌的肠道，具体的说是将一块扁的长方形通道设置成像肠道一样的绕行通道，在有限的空间内增加通道的行程，并且这种结构制造也很容易，上下两块长方形换热板，中间竖立通道隔板形成绕行。蛇形输送层16的层数至少分为3层，蛇形输送层16之间有间隔空间，间隔空间一端连通废气入口6，废气入口6在熔盐进入高温熔盐区4的一端，对应的，废气通道也是沿蛇形输送层16的蛇形路线行进，间隔空间内沿蛇形输送层16的蛇形轮廓设有蛇形隔风板，形成了蛇形过风通道17。未进一步加强热交换效率，蛇形输送层16的外壁上设有翅片层18，翅片层18跟计算机主机上散热机构一样，但这里是用于增强吸热功能。翅片层18上还设置若干横截斜片19，横截斜片19是穿插在翅片层18中，横截斜片19与进风方向垂直并且朝进风方向倾斜，横截斜片19起阻风作用，增加气体在管道内的碰撞，将热量更多地留在碰撞体上，起到一定的增强换热效率的作用。这些换热结构在原理上都能增强换热性能，实际运用上，也可以通过改变本发明装置的蛇形输送层16厚度、增加蛇形输送层16层数或增加换热通道的行程等等提高本装置换热效率。
罐体1外围都包裹有管壁保温层20，减少熔盐的热量流失，包裹的区域也包括加热区3，横向固定隔板10和竖向活动隔板11都为隔热板，避免高温熔盐和低温熔盐直接热交换。
低温熔盐虽然说是低温但是依然至少在150℃以上，因为熔盐熔点为144℃，在循环过程中熔盐不能低于熔点否则凝固后再启动时就很难处理，虽然有保温层但依然会有热量散失，实际运用上熔盐罐也都是配有电加热层，保证熔盐不凝固。而在本发明中，经过加热区3后的废气也不可能完全和低温熔盐温度一致，温度依然会高于低温熔盐，而低温熔盐区2需要持续的保温避免凝固，所以电加热低温熔盐区2的罐体1壁外先设有一层废气保温层21，废气保温层21外再是管壁保温层20，加热区3的废气出口7先连通到废气保温层21，废气保温层21也具有翅片层18和蛇形过风通道17，增加换热效率，在运行过程中就不需要再进行通电保温。
参照图3，废气在经过废气保温层21后，再连接通到二氧化碳吸收装置22，二氧化碳吸收装置22包括：废气进口通道2201、吸收池2202、再生池2203和醇胺溶液进口通道2204，这里要说明的是，二氧化碳与醇胺熔盐反应的吸收温度为25℃-65℃，和释放二氧化碳的再生温度为100℃-150℃,因为再生温度所需较高，废气进口通道2201先经过再生池2203进行换热，为提高换热效率废气进口通道2201也可以再采用蛇形输送结构和翅片，再与醇胺溶液进口通道2204的管壁贴合给醇胺溶液预热，醇胺溶液进口通道2204通入到吸收池2202中，最后废气进口通道2201的出口通入到吸收池2202中的醇胺溶液液面下，废气进口通道2201的出口分成若干管口，使废气通入到醇胺溶液中与醇胺溶液反应吸收废气中的二氧化碳，富有二氧化碳的醇胺溶液再流入或泵送到再生池2203，再生池2203内因为有废气进口通道2201持续加热，到达再生温度时富有二氧化碳的醇胺溶液释放二氧化碳，再生池2203上有二氧化碳回收口2205，可通二氧化碳气瓶直接储存纯净的二氧化碳。废气在最后经过二氧化碳吸收装置22后，剩余的高温热量也被醇胺溶液吸收，最后废气也能以适宜的温度从废气最后排放通道2206排放。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种瓦斯发电余热管散热回收装置，包括：罐体(1)，其特征在于，所述罐体(1)内装满了熔盐，所述罐体(1)的内部包括依次连通并形成循环的低温熔盐区(2)、加热区(3)、高温熔盐区(4)和换热区(5)，所述加热区(3)的一端上有废气入口(6)，另一端上有废气出口(7)，所述高温熔盐区(4)和低温熔盐区(2)之间设有若干层横向固定隔板(10)，所述横向固定隔板(10)之间设有竖向活动隔板(11)，横向固定隔板(10)与罐体的上下内壁之间也有竖向活动隔板(11)，所述横向固定隔板(10)的两端设有挡块(12)，所述竖向活动隔板(11)的活动范围在横向固定隔板(10)上的挡块(12)之间，所述竖向活动隔板(11)之间设有锁扣装置，所述锁扣装置能够锁住竖向活动隔板(11)停滞在横向固定板的端部，并且只能有一个竖向活动隔板(11)处于解除锁定的活动状态。
2.根据权利要求1所述的瓦斯发电余热管散热回收装置，其特征在于，所述锁扣装置为杠杆(13)，所述杠杆(13)设置在横向固定隔板(10)内，所述杠杆(13)的中心为固定铰接点，所述杠杆(13)的两端分别设有楔形块(14)，所述楔形块(14)在朝杠杆(13)中心的一侧面为斜面，所述竖向活动隔板(11)抵靠到斜面时能推动杠杆(13)旋转，所述横向固定隔板(10)内设置有弹簧(15)用以推靠杠杆(13)，能够使杠杆(13)两端的楔形块(14)凸出到横向固定隔板(10)外，所述楔形块(14)的凸出口位置到挡块(12)的距离大于竖向活动隔板(11)的厚度。
3.根据权利要求1所述的瓦斯发电余热管散热回收装置，其特征在于，所述低温熔盐区(2)到加热区(3)的通道上设置有第一熔盐泵(8)，所述高温熔盐区(4)到换热区(5)的通道上设置有第二熔盐泵(9)。
4.根据权利要求1所述的瓦斯发电余热管散热回收装置，其特征在于，所述废气出口(7)连接到二氧化碳吸收装置(22)，所述二氧化碳吸收装置(22)包括：废气进口通道(2201)、吸收池(2202)、再生池(2203)和醇胺溶液进口通道(2204)，所述废气进口通道(2201)的出口通入到吸收池(2202)中的醇胺溶液液面下，所述废气进口通道(2201)的出口分成若干管口，所述废气进口通道(2201)先经过再生池(2203)再与醇胺溶液进口通道(2204)的管壁贴合，所述再生池(2203)上有二氧化碳回收口(2205)。
5.根据权利要求1所述的瓦斯发电余热管散热回收装置，其特征在于，所述加热区(3)内在第一熔盐泵(8)后的熔盐输送管路分为若干蛇形输送层(16)，所述蛇形输送层(16)的层数至少为3层，所述蛇形输送层(16)之间有间隔空间，所述间隔空间连通废气入口(6)，所述间隔空间内沿蛇形输送层(16)的蛇形轮廓设有蛇形隔风板，形成了蛇形过风通道(17)，所述蛇形输送层(16)的外壁上设有翅片层(18)，所述翅片层(18)上设置若干横截斜片(19)，所述横截斜片(19)与进风方向垂直并且朝进风方向倾斜。
6.根据权利要求1所述的瓦斯发电余热管散热回收装置，其特征在于，所述罐体(1)上设有管壁保温层(20)，所述横向固定隔板(10)和竖向活动隔板(11)为隔热板。
7.根据权利要求1所述的瓦斯发电余热管散热回收装置，其特征在于，所述低温熔盐区(2)的罐体(1)壁外先设有一层废气保温层(21)，所述加热区(3)的废气出口(7)先连通到废气保温层(21)，所述废气保温层(21)也具有翅片层(18)和蛇形过风通道(17)。
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